CN210015057U - 用于钢管视觉检测的信息采集设备及检测系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种用于钢管视觉检测的信息采集设备和检测系统。所述信息采集设备包括：线阵相机，用于采集钢管表面的图像数据；光源，用于照亮钢管表面；框架，用于形成钢管穿过的空间，以及设置线阵相机和光源；线阵相机和光源均设置在框架上，且每个线阵相机两侧均至少各设置一个光源。应用本申请实施例提供的技术方案，能够代替人工视觉检测，解决现有的对钢管外表面的视觉检测中，检测效率低和检测精度低的问题。

Description

用于钢管视觉检测的信息采集设备及检测系统

技术领域

本申请涉及钢铁缺陷检测技术领域，尤其涉及一种用于钢管视觉检测的信息采集设备及检测系统。

背景技术

目前在钢管生产中，特别是无缝钢管的生产过程中，对钢管表面的要求越来越高。由于使用过程中钢管内部充满高压油等介质，表面的划痕会导致钢管强度降低，寿命缩短。因此，无缝钢管生产过程中都要进行检测，其检测主要包括漏磁检测和视觉检测两道工序。其中，漏磁检测无法检测出钢管表面的小划痕，辊道压伤等痕迹，必须进行视觉检测才能检测出。

现有技术中，视觉检测一般都是依靠人工检测来完成的，人工检测除了速度慢之外，由于钢管长度较长也难以保证人工检查到外表面的全部缺陷。另外，人工长时间对着钢管看会造成视觉疲劳，既会导致效率下降又会导致精度下降。

也就是说，现有的对钢管外表面的视觉检测中，存在检测效率低和检测精度低的问题。

实用新型内容

本申请提供一种用于钢管视觉检测的信息采集设备及检测系统，以至少在一定程度上解决现有的对钢管外表面的视觉检测中，检测效率低和检测精度低的问题。

第一方面，本申请实施例提供一种用于钢管视觉检测的信息采集设备，包括：

线阵相机，用于采集钢管表面的图像数据；

光源，用于照亮钢管表面；

框架，用于形成钢管穿过的空间，以及设置所述线阵相机和所述光源；

所述线阵相机和所述光源均设置在所述框架上，且每个所述线阵相机两侧均至少各设置一个所述光源。

可选的，所述线阵相机设置有多个，且均匀设置在所述框架四周，用于采集钢管表面圆周上的不同位置的图像数据。

可选的，所述信息采集设备还包括：直线导轨和负载支架；

所述线阵相机和所述光源均设置在所述负载支架上，所述负载支架设置在所述直线导轨上，所述直线导轨可滑动地设置在所述框架上，以使所述直线导轨滑动时所述线阵相机和所述光源能靠近或远离待检测的钢管。

可选的，所述信息采集设备还包括：第一伺服电机；

所述第一伺服电机，设置在所述直线导轨和所述框架之间，用于控制所述直线导轨在所述框架上直线移动以调整所述线阵相机的采集距离。

可选的，所述信息采集设备还包括：第二伺服电机；

所述第二伺服电机，设置在所述光源和所述负载支架之间，用于控制所述光源转动以调整所述光源的光照角度。

可选的，所述线阵相机和所述直线导轨均设置有4个；

所述4个线阵相机分别位于所述框架的上下左右四个方向，相邻的两个线阵相机之间的夹角为90°；

位于所述框架上方和下方的所述直线导轨垂直于水平面，位于所述框架左侧和右侧的2个所述直线导轨与水平面的夹角均为45°，且位于所述框架左侧和右侧的2个所述直线导轨之间的夹角为90°。

可选的，所述信息采集设备还包括：外壳；

所述框架设置在所述外壳内部；

所述外壳的两侧包括位置相对应的钢管入口和钢管出口。

可选的，所述钢管入口和所述钢管出口处均还包括：自动门。

可选的，所述外壳上还包括空气过滤器。

第二方面，本申请实施例还提供一种用于钢管视觉检测的检测系统，包括：

依次连接的钢管输送设备、信息采集设备和信息分析设备；

所述钢管输送设备，用于向所述信息采集设备输送钢管；

所述信息采集设备，为上述任一种的用于钢管视觉检测的信息采集设备，用于采集钢管表面的图像信息，并将所述图像信息发送至所述信息分析设备；

所述信息分析设备，用于对所述图像信息进行分析。

本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本申请的实施例提供的技术方案中，通过设置在线阵相机两侧的光源能够照亮钢管外表面，通过线阵相机能够对钢管外表面进行扫描，扫描后即可采集到钢管外表面的图像信息，这些图像信息可以用于分析设备进行分析以确定钢管表面是否存在缺陷；如此设置，采用线阵相机不断采集钢管外表面的图像信息，避免了人工长时间看钢管引起的视觉疲劳，同时采集的图像信息是数字化信息，无需进行人工的缺陷识别而是使用电子设备进行识别，电子设备识别既能保证识别的持续进行又能保证识别结果的准确性，即不存在因检测人员疲劳导致的分析结果误差。因此，采用本申请实施例提供的技术方案，能够解决现有的对钢管外表面的视觉检测中，检测效率低和检测精度低的问题。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1为本申请实施例提供的一种用于钢管视觉检测的信息采集设备的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的另一种用于钢管视觉检测的信息采集设备的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的另一种用于钢管视觉检测的信息采集设备的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种用于钢管视觉检测的检测系统的结构示意图；

附图标记：1-信息采集设备；10-钢管；11-线阵相机；12-光源；13-框架；131-上框架；132-底座；14-直线导轨；15-负载支架；16-第一伺服电机；17-第二伺服电机；18-外壳；181-自动门；182-空气过滤器；2-钢管输送设备。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

实施例

请参阅图1，图1为本申请实施例提供的一种用于钢管视觉检测的信息采集设备的结构示意图。如图1所示，信息采集设备1包括：

线阵相机11，用于采集钢管表面的图像数据；

光源12，用于照亮钢管表面；

框架13，用于形成钢管穿过的空间，以及设置所述线阵相机和所述光源；

线阵相机11和光源12均设置在框架13上，且每个线阵相机11两侧均至少各设置一个光源12。

线阵相机顾名思义就是取像是成线性的。它的传感器是成线型的，目前以CCD(Charge Coupled Device，线型电荷耦合器件)为主。举个例子：比如面阵相机的分辨率是640*480就是说这个相机横向有640个像元，纵向有480个像元。而线阵相机分辨率只体现在横向，比如2048像素的线阵相机就是说横向有2048个像元，纵向大多数为1(RGB相机和TDI相机除外)。

线阵相机得到图像需要按照一个固定的频率周期性扫描，从而聚线成面。线阵相机可以接受一个外部方波信号，然后按照方波信号的频率进行图像采集。

线阵相机的典型应用领域是检测连续的材料，例如金属、塑料、纸和纤维等。被检测的物体通常匀速运动，利用一台或多台相机对其逐行连续扫描，以达到对其整个表面均匀检测。可以对其图象一行一行进行处理，或者对由多行组成的面阵图象进行处理。

采用CCD线阵相机将被检测的目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号，图像处理系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，如面积、数量、位置、长度，再根据预设的允许度和其他条件输出结果，包括尺寸、角度、个数、合格/不合格以及有/无等，实现自动识别功能。

在本实施例中，线阵相机11可以根据应用场景从现有的线阵相机中选择合适的产品，例如，DALSA公司生产的型号为P4-CC-04k04T的线阵相机。

另外，光源12可以配备专业的工业光源，比如LED光源，LED光源可以根据输入电频实现高频闪烁。一些实施例中，可以选择LUSTER公司生产的型号为RBH-LI5217的光源。

具体的，线阵相机11设置在框架13上，且每个线阵相机11两侧至少各设置一个光源12。光源12也设置在框架上，可以为线阵相机照明。框架13进一步可以分成上框架131和底座132两个部分，线阵相机11和光源12均设置在上框架131上，上框架131可以设计成正方形，从而可以将线阵相机11和光源12设置在正方形的每条边的中点位置或其附近。底座132起的是稳定重心的作用，进一步的，可以将底座12通过螺钉等方式固定在地面(例如水泥地面)或突出于地面的平台上。

此外，进行检测时，钢管10保持水平地匀速穿过框架13。

一些实施例中，框架13的材料可以选择不锈钢、型钢或铝合金等材料，具体的可以根据实际的使用环境进行选择。

另外，线阵相机11和光源12与框架13的连接方式一般情况下选择螺钉连接或其他等效的方式均可，在此不作限制。后续实施例中未详细说明具体连接方式的，均可以采用现有的常用连接方式，本领域技术人员可以根据实际情况选择。

本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本申请的实施例提供的技术方案中，通过设置在线阵相机两侧的光源能够照亮钢管外表面，通过线阵相机能够对钢管外表面进行扫描，扫描后即可采集到钢管外表面的图像信息，这些图像信息可以用于分析设备进行分析以确定钢管表面是否存在缺陷；如此设置，采用线阵相机不断采集钢管外表面的图像信息，避免了人工长时间看钢管引起的视觉疲劳，同时采集的图像信息是数字化信息，无需进行人工的缺陷识别而是使用电子设备进行识别，电子设备识别既能保证识别的持续进行又能保证识别结果的准确性，即不存在因检测人员疲劳导致的分析结果误差。因此，采用本申请实施例提供的技术方案，能够解决现有的对钢管外表面的视觉检测中，检测效率低和检测精度低的问题。

为了进一步优化上述实施例提供的技术方案，做出以下改进方案：

请参阅图2，图2为本申请实施例提供的另一种用于钢管视觉检测的信息采集设备的结构示意图，。如图2所示，信息采集设备1还包括：直线导轨14和负载支架15；

线阵相机11和光源12均设置在负载支架15上，负载支架15设置在直线导轨14上，直线导轨14可滑动地设置在框架13上，以使直线导轨14滑动时线阵相机11和光源12能靠近或远离待检测的钢管。

具体的，由于钢管直径包含多种规格，因此通过设置直线导轨14来调节线阵相机11与钢管之间的距离，从而能够获取更精确的图像信息。

其中，直线导轨14又称线轨、滑轨、线性导轨、线性滑轨等，用于直线往复运动场合，且可以承担一定的扭矩，可在高负载的情况下实现高精度的直线运动。本实施例中直线导轨14可以选择item公司生产的型号为Linear Unit KLE 6 60x60 LR的产品，当然，也可以根据实际情况选择其他型号，只要能实现想要的效果即可。由于负载支架15其主要功能是提供固定线阵相机11和光源12的空间，因此对其结构和材料没有严格限制。

进一步的，信息采集设备还包括：第一伺服电机16；

第一伺服电机16，设置在直线导轨14和框架13之间，用于控制直线导轨14在框架13上直线移动以调整线阵相机11的采集距离。

也就是说，可以通过设置伺服电机来精确控制直线导轨的移动。

伺服电机(servo motor)是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。

伺服电机可使控制速度、位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。

一些实施例中，第一伺服电机16可以选择Risym公司的型号为42BYGH34的伺服电机或其他能实现相同功能的同类产品。

一些实施例中，对应每种钢管的直径，都预先设置好直线导轨14的位置，并将对应的数据记录在用于人工控制信息采集设备1的控制设备4(例如计算机)中。当想要检测某个直径的钢管时，用户通过控制设备4向信息采集设备1下达相应指令，第一伺服电机16会自动运行直至直线导轨14(以及其上的线阵相机11)到达预设的位置。

进一步的，信息采集设备1还包括：第二伺服电机17；

第二伺服电机17，设置在光源12和负载支架15之间，用于控制光源12转动以调整光源12的光照角度。

具体的，由于线阵相机11聚焦后，是一条很细的线，那么若想尽量保证光源12的照射区域要完全包括线阵相机11聚焦的线，可以将所有的光源12关节处都设计为可旋转的。

一些实施例中，同样可以通过设置伺服电机来控制光源12的转动。并且，同样可以选择Risym公司的型号为42BYGH34的伺服电机或其他能实现相同功能的同类产品。

此外，与调整线阵相机11的采集距离的方式一样，对应每种钢管的直径，都预先设置好光源12的位置(或角度)，并将对应的数据记录在用于人工控制信息采集设备1的控制设备4中。当想要检测某个直径的钢管时，用户通过控制设备4向信息采集设备1下达相应指令，伺服电机会自动运行直至光源到达预设的位置(照亮预设的角度)。

在如图2所示的实施例中，信息采集设备1包括4个线阵相机11以及8个光源12，框架13为正方形结构，4个线阵相机11分别位于正方形框架13每条边的中点。

也就是说，位于框架13上方和下方的直线导轨14垂直于水平面，位于框架13左侧和右侧的2个直线导轨14与水平面的夹角均为45°，且位于框架13左侧和右侧的2个直线导轨14之间的夹角为90°。如此设置，可以保证每个线阵相机11都正对中心的钢管。

此外，由于在进行检测时，即使不同直径的钢管，其最低点距水平面的距离一般都是相同的，那么可以像如2所示的实施例一样，位于框架13底部的线阵相机11和光源12处不设置直线导轨14、负载支架15和第一伺服电机16，而是将线阵相机11和光源12直接固定在框架13上，也就是说，除了光源12依然可以转动外，线阵相机11距离待检测的钢管的距离是固定的，不必进行调整。

应当理解的是，在其他实施例中，可以设置3-8个线阵相机11，若如此做，至少应保证线阵相机11能够采集到钢管整个圆周上的全部位置的图像信息。例如，如果设置3个线阵相机11，则两两之间的夹角可以为120°。当然，如果有必要的话，也可以设置多于8个线阵相机11；并且一般情况下，线阵相机11不应少于3个。此外如果有必要的话，技术人员也可以根据线阵相机11的数量调整框架13的形状。

请参阅图3，图3为本申请实施例提供的另一种用于钢管视觉检测的信息采集设备的结构示意图，其中图3(a)为外部视图，图3(b)为内部结构。如图3所示，信息采集设备1还可以包括：外壳18；

框架13设置在外壳18内部；

外壳18的两侧包括位置相对应的钢管入口和钢管出口。

也就是说，为了避免环境中的灰尘污染线阵相机11和光源12，将信息采集设备1封装在外壳18内。外壳18相对的位置留有钢管入口和钢管出口。

进一步的，钢管入口和钢管出口处均还包括：自动门181。

具体的，检测设备开机时，自动门181打开；工作工程中会一直开启。因为每根钢管通过的间隔时间大约10秒-20秒之间，此间隔时间内可以不关闭自动门181。当停止生产时，系统关机，或者系统待机，此时自动门181关闭。当继续生产时，系统启动，自动门181开启。

进一步的，外壳18上还包括空气过滤器182。

空气过滤器182由风扇、滤芯和风扇罩构成，用于从气固两相流中捕集粉尘，从而使信息采集设备内的气体得以净化。

此外，本申请实施例还提供一种用于钢管视觉检测的检测系统。

请参阅图4，图4为本申请实施例提供的一种用于钢管视觉检测的检测系统的结构示意图。如图4所示，该检测系统包括：

依次连接的钢管输送设备2、信息采集设备1和信息分析设备(图中未示出)；

钢管输送设备2，用于向信息采集设备1输送钢管；

信息采集设备1，为上述实施例所述的用于钢管视觉检测的信息采集设备1，用于采集钢管表面的图像信息，并将图像信息发送至信息分析设备；

信息分析设备，用于对所述图像信息进行分析。

进一步的，还包括用于用户向信息采集设备1下达指令的控制设备4。

一些实施例中，钢管输送设备2可以是辊道，辊道是利用圆筒式的辊子的转动来输送材料或产品的运输设备。

信息分析设备可以是计算机，计算机中包含特定的算法，用来对信息采集设备采集的图像信息进行分析。

进一步的，信息分析设备采用的算法为深度神经网络算法，具体的，包括：FastRCNN、SSD或Yolo V3等。

采用深度神经网络算法的优点在于：随着检测数量的增加(类似于增量训练)以及专业人员对检测结果的判定与干预，检测效果会越来越好。

采用上述系统，可以快速采集钢管表面的图像信息，并经由信息分析设备进行在线分析，节省了人工并提高了检测精度。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种用于钢管视觉检测的信息采集设备，其特征在于，包括：

线阵相机(11)，用于采集钢管表面的图像数据；

光源(12)，用于照亮钢管表面；

框架(13)，用于形成钢管穿过的空间，以及设置所述线阵相机(11)和所述光源(12)；

所述线阵相机(11)和所述光源(12)均设置在所述框架(13)上，且每个所述线阵相机(11)两侧均至少各设置一个所述光源(12)。

2.根据权利要求1所述的信息采集设备，其特征在于，所述线阵相机(11)设置有多个，且均匀设置在所述框架(13)四周，用于采集钢管表面圆周上的不同位置的图像数据。

3.根据权利要求1所述的信息采集设备，其特征在于，还包括：直线导轨(14)和负载支架(15)；

所述线阵相机(11)和所述光源(12)均设置在所述负载支架(15)上，所述负载支架(15)设置在所述直线导轨(14)上，所述直线导轨(14)可滑动地设置在所述框架(13)上，以使所述直线导轨(14)滑动时所述线阵相机(11)和所述光源(12)能靠近或远离待检测的钢管。

4.根据权利要求3所述的信息采集设备，其特征在于，还包括：第一伺服电机(16)；

所述第一伺服电机(16)，设置在所述直线导轨(14)和所述框架(13)之间，用于控制所述直线导轨(14)在所述框架(13)上直线移动以调整所述线阵相机(11)的采集距离。

5.根据权利要求3所述的信息采集设备，其特征在于，还包括：第二伺服电机(17)；

所述第二伺服电机(17)，设置在所述光源(12)和所述负载支架(15)之间，用于控制所述光源(12)转动以调整所述光源(12)的光照角度。

6.根据权利要求3所述的信息采集设备，其特征在于，所述线阵相机(11)和所述直线导轨(14)均设置有4个；

所述4个线阵相机(11)分别位于所述框架(13)的上下左右四个方向，相邻的两个线阵相机(11)之间的夹角为90°；

位于所述框架(13)上方和下方的所述直线导轨(14)垂直于水平面，位于所述框架(13)左侧和右侧的2个所述直线导轨(14)与水平面的夹角均为45°，且位于所述框架(13)左侧和右侧的2个所述直线导轨(14)之间的夹角为90°。

7.根据权利要求1所述的信息采集设备，其特征在于，还包括：外壳(18)；

所述框架(13)设置在所述外壳(18)内部；

所述外壳(18)的两侧包括位置相对应的钢管入口和钢管出口。

8.根据权利要求7所述的信息采集设备，其特征在于，所述钢管入口和所述钢管出口处均还包括：自动门(181)。

9.根据权利要求7所述的信息采集设备，其特征在于，所述外壳(18)上还包括空气过滤器(182)。

10.一种用于钢管视觉检测的检测系统，其特征在于，包括：

依次连接的钢管输送设备(2)、信息采集设备(1)和信息分析设备；

所述钢管输送设备(2)，用于向所述信息采集设备(1)输送钢管；

所述信息采集设备(1)，为如权利要求1-9任一项所述的用于钢管视觉检测的信息采集设备(1)，用于采集钢管表面的图像信息，并将所述图像信息发送至所述信息分析设备；

所述信息分析设备，用于对所述图像信息进行分析。

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